Modellierung von bidirektionalen Ladesystemen
VISPIRON SYSTEMS hat zusammen mit und für einen OEM ein Matlab-Tool geschaffen, das bidirektionale Ladevorgänge eines Elektrofahrzeugs realitätsnah und mit einer Vielzahl an Eingangs- und Ausgangsparametern hochaufgelöst simulieren kann. Bidirektionales Laden bietet ein großes technisches Potential für eine Vielzahl von Use Cases, aber die besten Use Cases davon müssen simulativ in einem Modell bewertet werden.
1. Ausgangssituation - Potential des bidirektionalen Ladens
Die Ausgangssituation beim OEM war, dass zunächst eine Abschätzung erfolgen sollte, welches Potantial bidirektionales Laden für Elektrofahrzeuge (EV) bietet. Beim bidirektionalen Laden soll das EV gesteuert geladen und auch wieder entladen werden, um vorher definierte Use Cases auszuführen. Dazu gehört zum Beispiel die Erhöhung des PV-Eigenverbrauchs, indem das EV tagsüber geladen wird und nachts wieder entladen wird. Auf Basis des ermittelten Potentials sollte später eine Bewertung erfolgen, ob und in welchem Rahmen bidirektionales Laden für EV und Endkunden sinnvoll ist.
2. Herausforderung - Abschätzung der Schäden
Eine große Herausforderung für den Kunden war die Abschätzung, ob durch bidirektionales Laden Schäden an der Elektronik oder am Speicher des EV entstehen können. Die Lebensdauer des Energiespeichers im EV sollte nämlich bei der Bewertung an oberster Stelle stehen. Wie diese Abschätzung erfolgen sollte war anfangs unklar. Die Erkenntnisse aus einer zuvor durchgeführten Abschätzung mit Hilfe von Excel-Kalkulationen stellte sich als zu ungenau heraus, um belastbare Ergebnisse erzeugen zu können.
3. Vorgehensweise - Simulationsmodell
Ziel beim Vorgehen war es daher primär, eine belastbare Abschätzung zu ermöglichen. Auf Basis dieser Ausgangslage haben sich die VISPIRON-Programmierer entschieden ein Simulationsmodell in Matlab zu erzeugen, das auf reale Messdaten zurückgreift. So wurden z. B. sekündlich aufgelöste Messdaten der solaren Einstrahlung zur Ermittlung möglicher PV-Erzeugung verwendet. Weiterhin wurden sekündliche Messdaten des Stromverbrauchs von über 70 Haushalten für ein Jahr in das Simulationsmodell mit aufgenommen, sowie über 30 Millionen Datenpunkte der Netzfrequenz im deutschen Stromnetz herangezogen. Neben der umfangreichen Datengrundlage wurden sowohl das EV inkl. realer Fahrprofile als auch seine DC-Ladesäule akribisch modelliert, um ein möglichst reales (Kunden-)Verhalten in der Simulation erzeugen zu können. Über diese Datenlage wurde das Simulationsmodell befähigt, Leistungsflüsse sowohl im Energiespeicher, als auch im Haushalt von Nutzern für ein ganzes Jahr in sekündlicher Auflösung abzubilden.
4. Fazit - Ein weitreichendes Systemverständnis
Durch das weitreichende Systemverständnis der VISPIRON-Projektmitarbeiter konnte ein umfangreiches Simulationsmodell samt verknüpfter Datenbanken erarbeitet werden. Durch die exakte Modellierung lassen sich nun genaue Abschätzungen für Produkte treffen, deren Serienreife Jahre in der Zukunft liegt. So können frühzeitig Maßnahmen getroffen werden, die sowohl Erlöspotentiale für Kunden als auch die Lebensdauer aller eingesetzten Komponenten maximieren.
